En este blog vengo escribiendo con insistencia sobre pilas de combustible de hidrógeno y sus distintas aplicaciones. Sin embargo, hoy vamos a ver algo un poco distinto, nada más y nada menos que un barco que cuenta a bordo con pilas de combustible de metanol. Hablamos en concreto del barco de pasajeros MS innogy (Figura 1), primer barco alemán propulsado por metanol, botado el pasado 25 de agosto y que lleva a cabo su función en el lago Baldeney, en Essen.
Figura 1: MS innogy, barco turístico que emplea pilas de combustible de metanol y que lleva a cabo su función en el lago Baldeney en Essen.
El MS innogy es un proyecto conjunto entre la ciudad de Essen e innogy. Essen ha sido galardonada con el premio «Capital Verde Europea 2017″ el cual pone de manifiesto su compromiso con el medio ambiente al tiempo que la erige como un modelo verde de ciudad. Por su parte, innogy es una empresa especialista en energías renovables con sede en Essen. Esta compañía, subsidiaria de la energética alemana RWE, da servicio a más de 23 millones de consumidores en Europa.
El proyecto es ambicioso, nada menos que propulsar un barco mediante una pila de combustible de metanol y demostrar así el potencial de este combustible para el futuro. Pero innogy es especialista en energías renovables no en pilas de combustible. Aquí es donde entra en juego el fabricante danés de pilas de combustible SerEnergy.
El objetivo no era diseñar y fabricar un barco desde cero, lo que es muy costoso económicamente y requiere largos plazos, sino convertir un barco ya existente propulsado mediante un motor diésel en un barco eléctrico propulsado mediante un conjunto de pilas de combustible que utilicen metanol como combustible de partida. Así pues, hace algo más de un año innogy y SerEnergy empezaron a trabajar juntos para llevar a cabo el cambio de planta propulsora.
Figura 2: Esquema de la planta de potencia del MS innogy.
La planta de potencia del barco sigue el esquema representado en la Figura 2. En realidad el MS innogy presenta un sistema híbrido de baterías con pilas de combustible. La disposición de las pilas de combustible es tal que solo pueden recargar las dos baterías de 60 kWh, en ningún caso se conectan directamente al motor eléctrico. Es una configuración «range extender» (extensor de alcance) similar a la empleada en algunos vehículos en automoción (este tipo de configuración puede verse en «4 modos de funcionamiento de un coche con pila de hidrógeno«). De esta manera el MS innogy puede operar durante 16 horas sin necesidad de repostar metanol ni recargar sus baterías. Dadas las funciones turísticas del barco esto se traduce en que pueden navegar durante todo un día sin repostar.
Figura 3: Rack de pilas de combustible del MS innogy situado en la popa. Se distinguen los 7 módulos de 5 kW cada uno.
Para lograr esta autonomía, el MS innogy cuenta con un depósito de 330 L de metanol. Este metanol pasa por un reformador situado a bordo el cual separa el metanol en hidrógeno y dióxido de carbono. El hidrógeno es finalmente suministrado a un rack de 7 pilas de combustible de alta temperatura desarrollado por SerEnergy y situado en la popa de la embarcación (Figura 3). Por lo tanto, las pilas de combustible no emplean directamente metanol, sino que este pasa por una etapa previa de reformado. Así pues, el barco realmente emplea pilas de combustible de membrana polimérica de alta temperatura a las cuales se les suministra hidrógeno procedente del reformado del metanol embarcado. Como oxidante, probablemente se utilice el oxígeno presente en el aire, de manera similar a como se hace en los coches que cuentan con pilas de combustible. El sistema completo de pilas de combustible del MS innogy es capaz de generar 35 kW de potencia, de manera que cada uno de los 7 stacks proporciona 5 kW. Si se utiliza el calor residual de las pilas de combustible para llevar a cabo el proceso de reformado del metanol puede conducir a una eficiencia del sistema de entre el 40 – 50%.
La solución modular de SerEnergy hace que el sistema sea en general más económico ya que no es necesario diseñar un sistema ad hoc, haciendo además que su uso sea muy versátil. Es posible aumentar o reducir la potencia del sistema de pilas de combustible incluyendo o quitando uno de los módulos de 5 kW.
Como hemos visto, las pilas de combustible recargan las baterías y de estas sale la energía necesaria para alimentar el motor eléctrico que finalmente mueve la hélice, así como todos los dispositivos eléctricos a bordo, incluida la cocina. El sistema de pila de combustible, al no contar con partes móviles, es muy silencioso y genera muy pocas vibraciones lo que redunda en la comodidad de los viajeros.
Además, el sistema es neutro en emisiones de dióxido de carbono. ¿Cómo es esto posible si hemos dicho que el reformado del metanol produce dióxido de carbono? Pues se debe al método de producción del metanol. Tal y como muestra la Figura 4, innogy emplea un método de producción de metanol en el cual se capta dióxido de carbono atmosférico. Posteriormente una serie de enzimas, ayudadas mediante el aporte eléctrico procedente de fuentes renovables, catalizan la reacción del dióxido de carbono captado con agua para producir metanol. De tal forma que cuando el metanol se reforma en el barco la cantidad de dióxido de carbono que se genera es la misma que se ha retirado de la atmósfera en su producción. Como la electricidad empleada en el proceso de producción procede de fuentes renovables, puede considerarse que el sistema completo es neutro en emisiones de dióxido de carbono. Así, esta nueva planta propulsora es más respetuosa con el medio ambiente que el motor diésel empelado anteriormente.
Figura 4: Esquema del método de producción de metanol empleado por innogy.
Pero quizás lleves un buen rato preguntándote, ¿y por qué metanol, por qué no hidrógeno? Pues resulta que el hidrógeno requiere técnicas complejas de almacenamiento, por ejemplo a altas presiones, licuado a muy bajas temperaturas o en forma de hidruros metálicos (pueden verse distinticas técnicas de almacenamiento de hidrógeno aquí y aquí). Además, a día de hoy no existe una legislación clara y definida sobre el uso de hidrógeno en el ámbito naval. El metanol por su parte, al ser un combustible líquido es mucho más sencillo de almacenar, transportar y en general de manejar. No requiere depósitos a presión ni tanques aislados térmicamente, lo cual permite reducir de forma notable el peso del dispositivo de almacenamiento. Sin embargo, las pilas de combustible de metanol directo, en las cuales se suministra directamente el metanol a la pila de combustible sin etapa de reformado previa, presentan unas actuaciones muy inferiores a las pilas de combustible de hidrógeno. Por ello, en este casos se ha decidido emplear un reformador a bordo. De esta forma el rack de pilas de combustible es mucho más pequeño que si se hubiesen empleado pilas de combustible de metanol directas.
Con este proyecto innogy consigue cubrir toda la cadena de valor, desde la producción del metanol de forma limpia hasta su uso en un barco propulsado mediante pilas de combustible.
